资源简介 4.3.2 等比数列的前n项和公式(第2课时)素养目标 学科素养1.掌握等比数列前n项和的性质.(重点)2.能够运用所学知识解决等差数列与等比数列的综合应用问题. 1.逻辑推理;2.数学运算情境导学远望巍巍塔七层,红光点点倍加增.其灯三百八十一,请问尖头几盏灯?这首古诗给大家呈现一幅美丽夜景的同时,也留给了大家一个数学问题,你能用今天所学的知识求出这首古诗的答案吗?1.等比数列前n项和的性质(1)若数列{an}为非常数列的等比数列,且其前n项和Sn=A·qn+B(A≠0,B≠0,q≠0,q≠1),则必有A+B=0;反之,若某一非常数列的前n项和Sn=A·qn-A(A≠0,q≠0,q≠1),则该数列必为等比数列.(2)如果公比q≠-1或虽q=-1但n为奇数时,Sn,S2n-Sn,S3n-S2n构成等比数列.(3)当等比数列{an}的项数为偶数时,偶数项的和与奇数项的和之比=q.2.分组求和某些数列通过适当分组,可得出两个或几个等差数列或等比数列,进而利用等差数列或等比数列的求和公式分别求和,从而得出原数列的和.1.判断(正确的打“√”,错误的打“×”).(1)若等比数列{an}的前n项和Sn=2×n+m,则m=-2.(√)(2)若数列{an}是公比q≠1的等比数列,则其前n项和公式可表示为-Aqn+A(A≠0,q≠0且q≠1,n∈N*).(√)2.若an=2n-n,则{an}的前n项和为2n+1-2-.3.数列1,3,5,…,(2n-1)+,…的前n项和为n2+1-.1.在等比数列{an}中,若a1+a2=20,a3+a4=40,则S6等于( )A.140 B.120C.210 D.520A 解析:∵S2=20,S4-S2=40,且(S4-S2)2=S2×(S6-S4),∴S6-S4=80.又∵S4=60,∴S6=140.2.若数列{an}是等比数列,且其前n项和Sn=3n+1-3k,则实数k等于________.1 解析:∵Sn=3n+1-3k=3×3n-3k,∴3=3k,即k=1.3.若等比数列{an}的前n项和Sn=2n-2+,则r=________.- 解析:因为Sn=2n-2+=×2n+,∴=-,即r=-.4.数列{2n-1}的前n项和为________.2n+1-2-n 解析:Sn=(21-1)+(22-1)+(23-1)+…+(2n-1)=(21+22+23+…+2n)-n=2n+1-2-n.【例1】(1)若等比数列{an}的前n项和为Sn,S2=7,S6=91,则S4为( )A.28 B.32C.21 D.28或-21(2)在等比数列{an}中,公比q=3,S80=32,则a2+a4+a6+…+a80=________.(3)等比数列{an}共2n项,其和为-240,且奇数项的和比偶数项的和大80,则公比q=________.(1)A (2)24 (3)2 解析:(1)∵{an}为等比数列,∴S2,S4-S2,S6-S4也为等比数列,即7,S4-7,91-S4成等比数列,由(S4-7)2=7×(91-S4),得S4=28或S4=-21.又∵S4=a1+a2+a3+a4=a1+a2+a1q2+a2q2=(a1+a2)(1+q2)=S2(1+q2)>S2,∴S4=28.(2)设A=a2+a4+a6+…+a80,B=a1+a3+a5+…+a79,则=q=3,即A=3B.又A+B=S80=32,∴A=32,解得A=24.即a2+a4+a6+…+a80=24.(3)根据题意得∴∴q===2.等比数列前n项和的常用性质:(1)若共有2n项,则S偶∶S奇=q.(2)“片断和”性质:等比数列{an}中,公比为q,前m项和为Sm(Sm≠0),则Sm,S2m-Sm,S3m-S2m,…,Skm-S(k-1)m,…构成公比为qm的等比数列.在等比数列{an}中,若前10项的和S10=10,前20项的和S20=30,则前30项的和S30=________.70 解析:(方法一)设数列{an}的首项为a1,公比为q(q≠1),则两式相除得1+q10=3,∴q10=2.∴=-10.∴S30==-10×(1-8)=70.(方法二)∵S10,S20-S10,S30-S20仍成等比数列,又S10=10,S20=30,∴S30-30=,即S30=70.【例2】已知数列{an}:a1,a2,a3,…,an,…构成一个新数列:a1,a2-a1,…,an-an-1,…,此数列是首项为1,公比为的等比数列.求:(1)数列{an}的通项公式;(2)数列{an}的前n项和Sn.解:(1)an=a1+(a2-a1)+(a3-a2)+…+(an-an-1)=1++2+…+n-1=.(2)Sn=a1+a2+a3+…+an=++…+=n-=+×n-1.如果一个数列的每一项是由几个独立的项组合而成的,并且各独立项也可组成等差数列或等比数列,则该数列的前n项和可考虑拆项后利用公式求解.若一数列为“1,1+2,1+2+22,…,1+2+22+…+2n-1,…”,如何求其前n项和?解:设该数列的第n项为an,则an=1+2+22+…+2n-1==2n-1,所以该数列的前n项和Sn=(21-1)+(22-1)+(23-1)+…+(2n-1)=(2+22+…+2n)-n=-n=2n+1-n-2.探究题1 在各项均为正数的等比数列{an}中,a1=2,且a2,a4+2,a5成等差数列,Sn是数列{an}的前n项和,则S10-S4=________.解析:设数列{an}的公比为q(q>0).∵a2,a4+2,a5成等差数列,∴2a4+4=a2+a5.∴2×2×q3+4=2×q+2×q4.∴q4-2q3+q-2=0.∴(q-2)(q3+1)=0.∴q=2或q=-1(舍).∴S10-S4=-=2 016.探究题2 在等差数列{an}中,a2+a7=-23,a3+a8=-29.(1)求数列{an}的通项公式;(2)设数列{an+bn}是首项为1,公比为|a2|的等比数列,求{bn}的前n项和Sn.解:(1)设等差数列{an}的公差为d,依题意得a3+a8-(a2+a7)=2d=-6,从而d=-3.所以a2+a7=2a1+7d=-23,解得a1=-1.所以数列{an}的通项公式为an=-3n+2.(2)由(1)得a2=-4,所以|a2|=4.而数列{an+bn}是首项为1,公比为4的等比数列,所以an+bn=4n-1,即-3n+2+bn=4n-1,所以bn=3n-2+4n-1,于是Sn=[1+4+7+…+(3n-2)]+(1+4+42+…+4n-1)=+=+.探究题3 等比数列{an}的前n项和为Sn,已知S1,S3,S2成等差数列.(1)求{an}的公比q;(2)若a1-a3=3,求Sn.解:(1)依题意有a1+(a1+a1q)=2(a1+a1q+a1q2),由于a1≠0,故2q2+q=0.又q≠0,从而q=-.(2)由(1)可得a1-a12=3,故a1=4.从而Sn==.探究题4 已知正项等比数列{an}(n∈N*),首项a1=3,前n项和为Sn,且S3+a3,S5+a5,S4+a4成等差数列.(1)求数列{an}的通项公式;(2)求数列{nan}的前n项和Tn.解:(1)设等比数列{an}的公比为q,因为S3+a3,S5+a5,S4+a4成等差数列,所以有2(S5+a5)=(S3+a3)+(S4+a4),即2(a1+a2+a3+a4+2a5)=(a1+a2+2a3)+(a1+a2+a3+2a4),化简得4a5=a3,从而4q2=1,解得q=±.因为an>0,所以q=,所以an=3×n-1.(2)由(1)知,nan=3nn-1.Tn=3×1+3×2×+3×3×2+…+3nn-1,Tn=3×1×+3×2×2+…+3(n-1)·n-1+3nn,两式相减得 Tn=3×1+3×+3×2+…+3×n-1-3nn=3×-3nn=6-.所以Tn=12-.解决等差数列和等比数列的综合问题,一般不能直接套用公式,要先对已知条件转化变形,使之符合等差数列或等比数列的形式,然后利用公式求解.同时,要注意在题设条件下,寻求等差数列之间的内在联系.已知数列{an}是公差为2的等差数列,它的前n项和为Sn,且a1+1,a3+1,a7+1成等比数列.(1)求{an}的通项公式;(2)求数列的前n项和Tn.解:(1)由题意,得a3+1=a1+5,a7+1=a1+13,所以由(a3+1)2=(a1+1)(a7+1),得(a1+5)2=(a1+1)(a1+13),解得a1=3,所以an=3+2(n-1),即an=2n+1.(2)由(1)知an=2n+1,则Sn=n(n+2),所以=,所以Tn===-.1.已知{an}为等差数列,{bn}为等比数列,其公比q≠1且bi>0(i=1,2,…,n),若a1=b1,a11=b11,则( )A.a6>b6B.a6=b6C.a6D.a6b6A 解析:由题意可得四个正数满足a1=b1,a11=b11,由等差数列和等比数列的性质可得a1+a11=2a6,b1b11=b.由基本不等式可得2a6=a1+a11=b1+b11≥2=2b6,当且仅当b1=b11时等号成立.又公比q≠1,故b1≠b11,上式取不到等号,∴2a6>2b6,即a6>b6.故选A.2.已知等比数列{an}的公比q>1,且a1a4=8,a2+a3=6,则数列{an}的前n项和为( )A.2n B.2n-1C.2n-1 D.2n-1-1C 解析:等比数列{an}中,有a1a4=a2a3=8,而a2+a3=6,可得a2=2,a3=4或a2=4,a3=2.根据公比q>1可知{an}是递增数列,所以a2=2,a3=4,可得q==2,a1==1,所以{an}的前n项和Sn===2n-1.故选C.3.已知等比数列{an}的前n项和为Sn,若a2S4=a4S2,则=( )A.1 B.-1C.2 019 D.-2 019A 解析:由题得a1q(a1+a1q+a1q2+a1q3)=a1q3(a1+a1q),即q(1+q+q2+q3)=q3(1+q),所以1+q+q2+q3=q2(1+q),所以q=-1.所以==1.故选A.4.已知数列{an}满足a1=1,an+1=3an+1.(1)证明:是等比数列;(2)求数列{an}的前n项和Sn.(1)证明:由an+1=3an+1得an+1+=3,所以=3,所以是首项为a1+=,公比为3的等比数列,所以an+=·3n-1.(2)解:由(1)知{an}的通项公式为an=(n∈N*),则Sn=-,所以Sn=.1.分类讨论的思想:(1)利用等比数列前n项和公式时要分公比q=1和q≠1两种情况讨论.(2)研究等比数列的单调性时应进行讨论:当a1>0,q>1或a1<0,01或a1>0,02.函数的思想:等比数列的通项an=a1qn-1=·qn(q>0且q≠1)常和指数函数相联系.等比数列前n项和Sn=·(qn-1)(q≠1).设A=,则Sn=A(qn-1)也与指数函数相联系.3.整体思想:应用等比数列前n项和时,常把qn,当成整体求解.课时分层作业(十)等比数列的前n项和公式(第2课时)(50分钟 100分)知识点1 等比数列前n项和的性质1.(5分)设首项为1,公比为的等比数列{an}的前n项和为Sn,则( )A.Sn=2an-1 B.Sn=3an-2C.Sn=4-3an D.Sn=3-2anD 解析:在等比数列{an}中,Sn===3-2an.2.(5分)在等比数列{an}中,若a1+a2+a3+a4=,a2a3=-,则+++等于( )A. B.C.- D.-D 解析:设等比数列{an}的公比为q,则a1+a2+a3+a4=a1(1+q+q2+q3)=,a2a3=aq3=-,∴+++=====-.3.(5分)等比数列{an}共有2n项,它的全部项的和是奇数项的和的3倍,则公比q=________.2 解析:设{an}的公比为q,由已知可得q≠1,则奇数项也构成等比数列,其公比为q2,首项为a1,S2n=,S奇=.由题意得=,∴1+q=3,∴q=2.4.(5分)在等比数列{an}中,已知a1+a2+a3=1,a4+a5+a6=-2,则该数列的前15项的和S15=________.11 解析:∵S3=1,S6-S3=-2,∴S9-S6=4,S12-S9=-8,S15-S12=16,∴S15=S3+S6-S3+S9-S6+S12-S9+S15-S12=1-2+4-8+16=11.知识点2 分组求和5.(5分)数列,+,++,…,++…+的前n项和为( )A.n+ B.n-1+C.n-1+ D.n+B 解析:∵数列的通项an=++…+==1-,∴前n项和Sn=++…+=n-=n-1+.6.(5分)设{an}为等比数列,{bn}为等差数列,且b1=0,cn=an+bn,若数列{cn}是1,1,2,…,则数列{cn}的前10项和为( )A.978 B.557C.467 D.979A 解析:设等比数列{an}的公比为q,等差数列{bn}的公差为d.∵cn=an+bn,∴解得∴cn=2n-1+(1-n).∴{cn}的前10项和为+=978.知识点3 等差数列与等比数列的综合问题7.(5分)已知数列{an}是以2为首项,1为公差的等差数列,{bn}是以1为首项,2为公比的等比数列,则ab1+ab2+…+ab10=( )A.1 033 B.1 034C.2 057 D.2 058A 解析:∵an=n+1,bn=2n-1,∴ab1+ab2+…+ab10=a1+a2+a4+…+a29=(1+1)+(2+1)+(22+1)+…+(29+1)=10+(1+2+22+…+29)=10+=1 033.8.(5分)设{an}是首项为a1,公差为-1的等差数列,Sn为其前n项和.若S1,S2,S4成等比数列,则a1=( )A.2 B.-2C. D.-D 解析:∵S1,S2,S4成等比数列,∴S=S1·S4,∴(2a1-1)2=a1·(4a1-6),∴a1=-.9.(5分)(多选)已知{an}为等比数列,Sn是其前n项和.若a2a3=8a1,且a4与2a5的等差中项为20,则( )A.a1=-1 B.公比q=-2C.a4=8 D.S5=31CD 解析:∵a2a3=8a1,∴a1q3=8,即a4=8.∵a4+2a5=40,∴a4(1+2q)=40,∴q=2,a1=1.∴S5==31.10.(5分)等比数列{an}的前n项和为Sn,若S3=2,S6=18,则等于( ) A.-3 B.5C.-31 D.33D 解析:设{an}的公比为q,∵S3==2,S6==18,∴1+q3=9,∴q=2,∴==1+q5=33.11.(5分)设等比数列的前n项和、前2n项和、前3n项和分别为A,B,C,则( )A.A+B=C B.B2=ACC.A+B-C=B2 D.A2+B2=A(B+C)D 解析:∵Sn,S2n-Sn,S3n-S2n成等比数列,∴(S2n-Sn)2=Sn(S3n-S2n),即(B-A)2=A(C-B),∴A2+B2=A(B+C).12.(5分)已知等比数列{an}的前n项和Sn=2n-1,则数列{log2an}的前12项和等于( )A.66 B.55C.45 D.6A 解析:∵Sn=2n-1,∴Sn-1=2n-1-1(n≥2),两式相减得an=2n-1(n≥2).又a1=S1=1,∴an=2n-1.∴log2an=n-1.∴{log2an}是等差数列,首项为0,公差为1.∴前12项和为66.13.(5分)已知{an}是等比数列,若a1=1,a6=8a3,数列的前n项和为Tn,则T5=( )A. B.31C. D.A 解析:∵a1=1,a6=8a3,∴q=2.∴是等比数列,首项为1,公比为,∴T5==.14.(5分)在等比数列{an}中,公比q=2,前n项和为Sn,若S5=1,则S10=________.33 解析:∵S5==1,∴a1=.∴S10==×1 023=33.15.(5分)若等比数列{an}的前n项和Sn=2×3n+r,则r=________.-2 解析:∵Sn=2×3n+r,∴当n≥2时,an=Sn-Sn-1=2×3n-2×3n-1=4×3n-1.当n=1时,a1=S1=6+r.∵{an}为等比数列,∴6+r=4.∴r=-2.16.(12分)已知等差数列{an}(n∈N*)的前n项和为Sn,且a3=5,S3=9.(1)求数列{an}的通项公式;(2)等比数列{bn}(n∈N*),若b2=a2,b3=a5,求数列{an+bn}的前n项和Tn.解:(1)由S3=9,得3a2=9,所以a2=3.又因为a3=5,所以公差d=2.从而an=a2+(n-2)d=2n-1.(2)由(1)可得b2=a2=3,b3=a5=9,所以公比q=3.从而bn=b2qn-2=3n-1,则an+bn=(2n-1)+3n-1,分组求和可得Tn=n2+(3n-1).17.(13分)已知数列{an}是等比数列,Sn是其前n项的和,a1,a7,a4成等差数列,求证:2S3,S6,S12-S6成等比数列.证明:∵a1,a7,a4成等差数列,∴2a7=a1+a4,∴2q6=1+q3,∴q3=-或q3=1.若q3=1,则2S3=6a1,S6=6a1,S12-S6=6a1.∴2S3,S6,S12-S6成等比数列.若q3=-,则2S3=,S6=,S12-S6=.∵2=·,即S=2S3·(S12-S6),∴2S3,S6,S12-S6成等比数列.重难强化训练(二)等比数列(60分钟 120分)练易错易错点1| 对等比数列的定义理解不透彻致误[防范要诀]等比数列中任一项an≠0,且q≠0.[对点集训]1.(5分)已知等比数列{an}的前三项为a,2a+2,3a+3,则a=________.-4 解析:由(2a+2)2=a(3a+3) a=-1或a=-4.但当a=-1时,第二、三项均为零,故a=-1舍去,得a=-4. 2.(10分)已知数列{an}中an≠0,a1,a2,a3成等差数列,a2,a3,a4成等比数列,a3,a4,a5的倒数成等差数列,证明:a1,a3,a5成等比数列.证明:由已知,有2a2=a1+a3,①a=a2·a4,②=+.③由③得=,∴a4=.④由①得a2=.⑤由④⑤代入②,得a=·.∴a3=,即a3(a3+a5)=a5(a1+a3).化简,得a=a1·a5.又a1,a3,a5≠0,∴a1,a3,a5成等比数列.易错点2| 利用等比中项时忽略判断符号致误[防范要诀](1)等比数列中所有奇数项的符号都相同,所有偶数项的符号都相同;(2)只有同号两数才有等比中项,且有两个,它们互为相反数.[对点集训]3.(5分)如果1,a,b,c,16成等比数列,那么b=________,ac=________.4 16 解析:∵b2=1×16=16,且b=1×q2>0,∴b=4.又∵b2=ac,∴ac=16.4.(5分)等比数列{an}中,a2=9,a5=243,则a6=________.729 解析:∵=q3=27,∴q=3,∴a6=a2q4=9×81=729.5.(5分)已知-2,a1,a2,-8成等差数列,-2,b1,b2,b3,-8成等比数列,则=________. 解析:∵-2,a1,a2,-8成等差数列,∴得又∵-2,b1,b2,b3,-8成等比数列,∴b=-2×(-8)=16,∴b2=4或b2=-4.由等比数列隔项同号可得b2=-4,∴==.易错点3| 忽视对公比q的讨论[防范要诀]等比数列的公比q≠0,数列中各项都不为零;当公比q≠1时,Sn=;当公比q=1时,Sn=na1.[对点集训]6.(5分)等比数列1,a,a2,a3,…(a≠0)的前n项和Sn=________. 解析:当a=1时,Sn=n;当a≠1时,Sn=.∴Sn=7.(10分)在首项为a1且公比为q的等比数列{an}中,其前n项和为Sn,若S3=4,S6=36,求an.解:∵S6≠2S3,∴q≠1.由得由得=9,即1+q3=9,∴q=2.将q=2代入①式得a1=.∴an=a1qn-1=×2n-1=.练疑难8.(5分)设{an}是公比为q的等比数列,Sn是它的前n项和,若{Sn}是等差数列,则q等于( )A.1 B.0C.1或0 D.-1A 解析:∵{Sn}是等差数列,∴2S2=S1+S3,∴2(a1+a2)=a1+(a1+a2+a3),∴a2=a3,∴q==1.9.(5分)已知等比数列{an}满足a1=,a3a5=4(a4-1),则a2=( )A.2 B.1C. D.C 解析:∵{an}为等比数列,∴a3a5=a,∴a=4(a4-1),解得a4=2.设等比数列{an}的公比为q,则a1q3=2,∴q3=8,∴q=2,∴a2=a1q=×2=.10.(5分)已知数列{an}是公比为q的等比数列,且a1,a3,a2成等差数列,则公比q的值为( )A.-B.-2C.-1或D.1或-D 解析:∵a1,a3,a2成等差数列,∴2a3=a1+a2,∴2q2-q-1=0.∴q=1或-.11.(5分)在数列{an}中,已知Sn=1-5+9-13+17-21+…+(-1)n-1(4n-3),则S15+S22-S31的值为( )A.13 B.-76C.46 D.76B 解析:∵S15=(-4)×7+(-1)14(4×15-3)=29,S22=(-4)×11=-44,S31=(-4)×15+(-1)30(4×31-3)=61,∴S15+S22-S31=29-44-61=-76.12.(5分)已知等比数列{an}的各项均为正数,数列{bn}满足bn=ln an,b3=18,b6=12,则数列{bn}前n项和的最大值等于( )A.126 B.130C.132 D.134C 解析:∵{an}是正项等比数列,∴{bn}是等差数列.又∵b3=18,b6=12,∴d=-2,b1=22,∴Sn=22n+×(-2)=-n2+23n=-2+,∴当n=11或12时,Sn最大,∴(Sn)max=-112+23×11=132.13.(5分)已知数列{an}满足a1=1,a2=3,an+2=3an(n∈N*),则数列{an}的前2 019项的和S2 019等于( )A.31 010-2B.31 010-3C.32 009-2D.32 009-3A 解析:因为a1=1,a2=3,=3,所以S2 019=(a1+a3+…+a2 019)+(a2+a4+…+a2 018)=+=31 010-2.14.(5分)数列{an}的通项公式是an=ncos,其前n项和为Sn,则S2 020等于( )A.1 010 B.2 020C.504 D.0A 解析:a1=cos=0,a2=2cosπ=-2,a3=0,a4=4,….∴数列{an}的所有奇数项为0,前2 020项的所有偶数项(共1 010项)依次为-2,4,-6,8,….故S2 020=0+(-2+4)+(-6+8)+…+(-2 018+2 020)=1 010.15.(5分)在等比数列{an}中,a3=4,S3=12,数列{an}的通项公式an=________.4或n-5 解析:当q=1时,a3=4,a1=a2=a3=4,S3=a1+a2+a3=12,∴q=1符合题意.an=4.当q≠1时,解得q=-,an=a3qn-3=n-5,故an=4或an=n-5.16.(10分)设数列{an}的前n项和为Sn,点(n∈N*)均在直线y=x+上.若bn=3an+,求数列{bn}的前n项和Tn.解:依题意得=n+,即Sn=n2+n.当n≥2时,an=Sn-Sn-1=-=2n-;当n=1时,a1=S1=,符合an=2n-,所以an=2n-(n∈N*),则bn=3an+=32n,由==32=9,可知{bn}为等比数列,b1=32×1=9,故Tn==.17.(12分)已知等比数列{an}的各项均为正数,且a2=6,a3+a4=72.(1)求数列{an}的通项公式;(2)若数列{bn}满足:bn=an-n(n∈N*),求数列{bn}的前n项和Sn.解:(1)设等比数列{an}的公比为q,∵a2=6,a3+a4=72,∴6q+6q2=72,即q2+q-12=0,∴q=3或q=-4.又∵an>0,∴q>0,∴q=3,a1==2.∴an=a1qn-1=2×3n-1(n∈N*).(2)∵bn=2×3n-1-n,∴Sn=2(1+3+32+…+3n-1)-(1+2+3+…+n)=2×-=3n-1-.18.(13分)数列{an}的前n项和为Sn,已知a1=2,an+1=2Sn+1(n∈N*).(1)求数列{an}的通项公式;(2)求数列{nan}的前n项和Tn.解:(1)∵an+1=2Sn+1,∴an=2Sn-1+1(n≥2,n∈N*),两式相减得an+1=3an(n≥2,n∈N*).∵a2=2S1+1=5,∴an=a23n-2=5·3n-2(n≥2,n∈N*),当n=1,a1=2不满足上式,∴an=(2)由(1)知nan=Tn=2+5·2·30+5·3·31+5·4·32+5·5·33+…+5·(n-1)·3n-3+5·n·3n-2,①3Tn=6+5·2·31+5·3·32+5·4·33+…+5·(n-1)3n-2+5·n·3n-1,②①-②得-2Tn=6+5(3+32+33+…+3n-2)-5n·3n-1=6+5×-5n·3n-1,∴Tn=+·3n-1. 展开更多...... 收起↑ 资源预览